基于USBCAN总线通信的矿井风机监控系统的设计9.docx

基于USB–CAN总线通信的矿井风机监控系统的设计
林金亮
（闽西职业技术学院电气工程系，福建龙岩364021）
摘要：为实现对矿井主冗风机状态有效监测和控制，提出一种基于CH375芯片设计的USB-CAN总线在矿井风机实时监控系统中的应用，系统采用TI公司生产的MSP430F149单片机为控制器核心，以Microchip公司MCP2510为总线控制器，实现上位机与矿井风机的远程通信和控制。
关键词：USB-CAN总线；矿井风机；实时监控；MCP2510
中图分类号：TP277文献标识码：A文章编号：
TheDesignOfVentilatorMonitor-controlingSystem
UnderMineBasedOnUSB–CANBus
LinJinliang
(DepartmentOfElectricalEngineeringMinxiVocationalAndTechnicalCollege,LongyanFujian364021)
Abstract:InordertorealizethemonitoringofseveralVentilatorsundermine,bringareal-timemonitor-controlingsystembasedonUSB-CANbus.ThesystemusesMSP430F149asthecorecontrollerandusesMCP2510astheBus-controller,whichrealizethefunctionofremotecommunicationandcontrolingbetweenPCandVentilators.
Keywords:USB-CANBUS；Ventilator；Real-timemonitor-controling；MCP2510

颈自动监控煤矿井下通风的各项指标，具有一定的实用和推广价值。通风机作为矿井的“肺腑”，其主要任务是向井下输送新鲜空气，稀释和排出有毒有害气体，同时调节矿井井下所需风量、温度和湿度，改善劳动生产条件，保证安全生产[1]。为了保证矿井通风机工作在安全、高效、稳定、节能的状态，必须加强对井下风机的有效监测和控制。传统的矿井通风机监测监控系统采用单片机控制、总线挂接式结构，再配合各种智能传感设备，能自动监控井下通风的各项指标，具有一定的实用和推广价值，但系统存在总线效率不高，监测节点数量有限、系统实时性差、通信距离不够远以及测量精度低等缺点。而随着矿井生产设备机械化程度的不断提高，矿井纵深不断加大，通风巷道的长度也不断增加，必然要求通风监测系统不仅要具备大规模节点监测控制能力，还必须具备远距离数据传输的能力。CAN总线作为一种性价比较高且具有国际标准的现场总线，不仅通信速率快、可靠性高、稳定性好、抗干扰能力强，而且通信距离远、开发成本低等特点，是解决目前工业控制现场数据通信瓶颈的有效手段之一[2-3]。
监控系统整体架构
系统硬件整体架构示意图如图1所示，系统由上位PC监控平台、USB-CAN网络适配器、若干个监测节点构成。风机站采用两台风机做冗余，1台工作风机和1台备用风机。风机的风速等级由4个电动机高、低速运行的不同组合决定。多电机综合保护系统由电机故障检测电路检测电机是否缺相、短路、过载及漏电故障，由瓦斯传感器和风量传感器监测井下环境情况，由电流传感器和电压传感器监测风机的运行状态。

监控系统硬件设计
2.1CAN总线适配器的硬件设计
监控系统的CAN总线适配器在整个监控网络中起着至关重要的作用，其设计的好坏，关系到整个监控系统数据传输的可靠性[4]。目前市面上有一些总线适配器，比如RS232-CAN、RS485-CAN、PCI-CAN等，虽然他们在数据传输的可靠性和通信距离上有比较大的优势，但是在笔记本电脑盛行的今天因上位机无RS232串行接口而存在着调试不便的特点，USB-CAN总线网络适配器的设计正好弥补了这个缺陷，因而具有一定应用价值和推广价值。
USB-CAN总线网络适配器由AT89C52微处理器芯片、CAN总线通信接口、USB通信接口等主要部件组成。USB-CAN总线适配器转发来自CAN总线的信息和来自上位PC机的命令信息，起沟通CAN总线与PC机之间的桥梁作用。
USB接口电路采用南京沁恒公司生产的USB接口芯片CH375A。CH375具有8位数据总线和读写、片选控制线及中断输出，可方便挂接到单片机等其他一些智能微控制器的总线上；内部置有USB通信的底层协议，能自动处理默认端点所有任务，本地微处理器AT89C52只需负责数据的交换；同时内部提供了4个相互独立的端对端逻辑传输通道，分别为数据上传通道、数据下传通道、中断上传通道及辅助数据下传通道，因请求加应答的通信模式数据传输速